Propriedade mecânica

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COMPORTAMENTO 
 MECÂNICO 
DOS MATERIAIS 
 
Propriedades mecânicas: 
por que estudar? 
1. Determinação e/ou conhecimento das 
propriedades mecânicas é muito importante para a 
escolha do material para uma determinada 
aplicação. 
2. Definem o comportamento do material quando 
sujeito a esforços mecânicos. 
3. Evitar que ocorram níveis inaceitáveis de 
deformação e/ou falhas. 
Como determinar as propriedades 
mecânicas? 
 A determinação das propriedades mecânicas é 
feita através de ensaios mecânicos. 
 
 Utilizam-se normalmente corpos de prova 
(amostra representativa do material). 
 
 Usam-se normas técnicas para o procedimento 
das medidas e confecção dos corpos de prova 
para garantir que os resultados sejam 
comparáveis. 
•Conceitos de Tensão e de 
Deformação 
Dentre os diversos tipos de ensaios disponíveis para 
a avaliação das propriedades mecânicas dos 
materiais, o mais amplamente utilizado é o 
ensaio de tração para os materiais metálicos e 
poliméricos e o ensaio de compressão para os 
materiais cerâmicos. 
• Ensaio relativamente simples e rápido. 
• No Brasil, a norma utilizada para materiais é a ABNT 
NBR-6152. 
Ensaio de Tração 
• Extensômetro eletrônico 
usado para maior precisão 
no ensaio 
•Máquina de Tração EMIC DL 
60000 
• Fonte : http://www.labmat.com.br/ae_mecanic.html 
•CORPOS DE PROVA 
 ASTM D638 
 
 
-Para materiais 
poliméricos 
•Ensaio de tração 
 
 
• F 
• F 
• Representação esquemática 
do ensaio de tração. 
• Corpo-de-prova antes e 
após ensaio de tração. 
•Seção transversal 
original 
 
Ensaio de tração 
Resistência à tração 
 
É medida submetendo-se o material à 
uma carga ou força de tração, 
paulatinamente crescente, que promove 
uma deformação progressiva de aumento 
de comprimento. 
 
 
 
É obtida através da curva 
tensão-deformação. 
 
Como se definem tensão e 
deformação? 
• Tensão 
• Deformação 
oo
oi
l
l
l
ll 



oA
F

Sendo: 
 = tensão (Pa); 
F = carga instantânea aplicada (N) e 
Ao = área da seção reta original antes 
da aplicação da carga – seção reta 
transversal(m2). 
Sendo: 
 = deformação (adimensional); 
li = comprimento instantâneo e 
lo = comprimento original. 
Como efeito da aplicação de uma tensão, tem-se 
a deformação (variação dimensional). 
Comportamento mecânico 
dos metais 
Deformação () 
T
e
n
s
ã
o
 (

) 
Limite de resistência à 
tração - LRT 
Comportamento 
típico da curva 
tensão-deformação 
de engenharia até a 
fratura do material 
(ponto F). Os 
detalhes circulares 
representam a 
geometria do corpo 
de prova deformado 
em vários pontos ao 
longo da curva. 
Fonte: Callister, 2002. 
 
Fratura do material 
Deformação elástica 
• Antecede à deformação 
plástica. 
• É reversível. 
• Desaparece quando a 
tensão é removida. 
• É proporcional à tensão 
aplicada. 
 Deformação plástica 
• É provocada por tensões que 
ultrapassam o limite de 
elasticidade. 
• É irreversível, ou seja, não 
desaparece quando a tensão 
é removida. 
 
Em uma escala atômica... 
 
Deformação elástica 
• É manifestada por 
pequenas alterações no 
espaçamento interatômico 
e na extensão de ligações 
interatômicas. 
 
 Deformação plástica 
• Corresponde à quebra de 
ligações com os átomos 
vizinhos originais e em 
seguida formação de novas 
ligações com novos átomos 
vizinhos, uma vez que um 
grande número de átomos ou 
moléculas se move em 
relação aos outros; com a 
remoção da tensão, eles não 
retornam às suas posições 
originais. 
Módulo de elasticidade ou módulo de Young 
• É o quociente entre a tensão 
aplicada e a deformação elástica 
resultante – Lei de Hooke. 
• Está relacionado com a rigidez 
do material. 
• Está relacionado diretamente 
com as forças das ligações 
interatômicas. 
E =  / 
 E
  Esta relação é conhecida por lei de Hooke 
 
 - é o processo de deformação no qual a 
tensão e a deformação são proporcionais, 
deformação elástica. Unidade (%). 
 
E - é a constante de proporcionalidade (Gpa 
ou psi), módulo de elasticidade ou módulo 
de Young. Unidades : kgf/mm2, kgf/cm2, 
GPa, etc. 
 
• Módulo de Elasticidade  é 
determinado pela inclinação 
(coeficiente angular) do 
segmento linear na região 
elástica da curva tensão x 
deformação. 
 
 
Determinação do Módulo de Elasticidade 
Módulo de elasticidade (E) 
Deformação () 
T
e
n
s
ã
o
 (

) 
  = E  
 
A lei de Hooke é 
válida até este 
ponto. 
 
 
Máxima tensão que o material 
suporta sem sofrer deformação 
permanente. 
 
Módulo de elasticidade para 
algumas ligas metálicas 
Quanto maior o 
módulo de elasticidade 
mais rígido é o 
material ou menor é a 
sua deformação 
elástica quando 
aplicada uma dada 
tensão. 
MÓDULO DE ELASTICIDADE
[E]
GPa 106 Psi
Magnésio 45 6.5
AlumÍnio 69 10
Latão 97 14
Titânio 107 15.5
Cobre 110 16
Níquel 207 30
Aço 207 30
Tungstênio 407 59
Fonte: Callister, 2002. 
Relação entre temperatura de 
fusão e módulo de elasticidade 
 
Metal 
Temperatura de 
fusão (oC) 
Módulo de 
elasticidade (MPa) 
Alumínio 660 70.000 
Cobre 1085 127.000 
Ferro 1538 210.000 
O módulo de 
elasticidade é 
fortemente dependente 
das forças de ligação 
entre os átomos. 
As forças de ligação entre os átomos, 
e consequentemente o módulo de 
elasticidade, são maiores para metais 
com temperaturas de fusão mais 
elevadas. 
Fonte: Garcia, Spim e Santos, 2000. 
Deformação Plástica  é uma deformação permanente 
e não recuperável.É irreversível. É o resultado de um 
deslocamento permanente dos átomos. 
 
• Corresponde à quebra de ligações com os átomos 
vizinhos originais e em seguida formação de 
novas ligações com novos átomos vizinhos, uma 
vez que um grande número de átomos ou 
moléculas se move em relação uns aos outros. 
Com a remoção da tensão, eles não retornam às 
suas posições originais. 
 
A deformação plástica 
corresponde ao movimento de 
discordâncias 
 
•A presença deste defeito é a responsável pela 
deformação, falha e rompimento dos materiais 
 
•EX: Discordância em 
Cunha 
Envolve um plano extra de átomos 
O vetor de Burger é perpendicular 
à direção da linha de discordância 
Envolve zonas de tração e 
compressão 
 
 
Deformação ()
Te
ns
ão
 (
)
Limite de resistência à 
tração - LRT
Deformação ()
Te
ns
ão
 (
)
Limite de resistência à 
tração - LRT
Após o escoamento, a tensão necessária para continuar 
a deformação plástica aumenta até um valor máximo, o 
ponto M, e então, diminui até a fratura do material, no 
ponto F. 
 
Fratura do 
material 
Outras 
informações 
obtidas da 
curva  x . 
• Escoamento  é uma transição heterogênea entre a fase 
elástica e a plástica, caracterizada por um aumento 
considerável da deformação, com uma tensão praticamente 
constante. 
 
 
Limites de resistência de 
alguns metais 
 Alumínio – 50 MPa 
 Aços de elevada dureza – 3000 MPa 
Esboço da curva obtida no ensaio de tração 
Fonte: Garcia, Spim e Santos, 2000. 
• AO – região de 
comportamento elástico. 
• AB – região de escoamento 
– se caracteriza por um 
aumento relativamente 
grande na deformação, 
acompanhado por uma 
pequena variação da tensão. 
• BF – região de 
comportamento plástico - a 
partir de B o material entra 
na regiãoplástica, que é 
caracterizado pela presença 
de deformações 
permanentes. 
•UF – estricção – região 
ocorre o empescoçamento do 
corpo de prova, até a fratura. 
Encruamento 
• É o fenômeno pelo qual o metal dúctil se torna mais duro e 
mais resistente quando ele é submetido a uma deformação 
plástica. Chamado também de endurecimento por trabalho. 
• Esse fenômeno resulta em função da interação entre 
discordâncias e das suas interações com outros obstáculos, 
como solutos e contornos de grãos, que impedem a livre 
movimentação das discordâncias. É preciso uma energia 
cada vez maior para que ocorra essa movimentação, e, 
consequentemente deformação plástica, até o limite no qual 
a fratura tem início. 
Fonte: Garcia, Spim e Santos, 2000. 
Então, até aqui vimos quais informações 
podem ser obtidas a partir da curva tensão x 
deformação. 
 1. Módulo de elasticidade 
 
2. Tensão de escoamento 
 
3. Limite de resistência à tração 
 
4. Limite de ruptura 
 
5. Deformação elástica e plástica 
 
6. Estricção 
APLICAÇÃO: 
APLICAÇÃO: 
Características dos Materiais 
Além destas, outras informações ainda 
podem ser obtidas da curva tensão x 
deformação: 
Ductilidade 
Tenacidade 
Resiliência 
Ductilidade 
Representa uma 
medida do grau de 
deformação plástica 
que foi suportado 
quando da fratura. 
Corresponde à 
elongação total do 
material devido à 
deformação plástica. Fonte: Callister, 2002. 
A ductilidade pode ser expressa 
quantitativamente como: 
100% x
l
ll
AL
o
of





 

 Alongamento 
percentual (AL%) 
 Estricção (RA%) 
100% x
A
AA
RA
o
fo





 

A maioria dos metais possui pelo menos um grau moderado 
de ductilidade à temperatura ambiente. 
Tenacidade 
Representa uma medida 
da habilidade de um 
material em absorver 
energia até a sua fratura. 
Para que um material 
seja tenaz, este deve 
apresentar tanto 
resistência como 
ductilidade. 
 
É a área sob a curva tensão 
x deformação até o ponto 
de fratura. 
 
Freqüentemente, materiais dúcteis são mais tenazes do 
que materiais frágeis. 
 
Embora, o material frágil tenha maior limite de 
escoamento e maior limite de resistência à tração, 
possui menor tenacidade do que o material dúctil, em 
virtude da sua falta de ductilidade (comparar as áreas 
ABC e AB’C’). 
 
 
 
Ensaio de Compressão 
Tensão X Deformação 
 
• Mesmas características do ensaio de 
tração; 
• Diferença: utilizado para materiais frágeis. 
 
 
Ensaio de Compressão 
•Insignificante p/ o concreto (tração) 
Teste de Flexão para Materiais 
Frágeis 
 O comportamento tensão-deformação dos materiais 
frágeis não é avaliado através de um ensaio de tração 
como no caso dos materiais metálicos. Pelas razões: 
1. é difícil prender e segurar materiais frágeis sem 
fraturá-los e 
2. as cerâmicas falham após uma deformação de 
apenas aproximadamente 0,1%. 
Teste de Flexão para Materiais 
Frágeis 
•Logo, é empregado o ensaio 
de flexão, sendo conhecida a 
resistência à flexão. 
Teste de Dureza 
 É uma medida da resistência de um material a 
uma deformação plástica localizada (uma pequena 
impressão ou um risco). 
 Os principais ensaios de dureza são: Brinell, 
Rockwell, Vickers e Knoop. 
 Um penetrador é forçado contra a superfície do 
metal a ser testado. 
 A dureza depende diretamente das forças de 
ligação entre os átomos, íons ou moléculas. 
Teste de Dureza 
 
Teste de Dureza 
Teste de Dureza 
Teste de Dureza 
•As principais escalas de dureza (ensaio por 
penetração): 
(b) Dureza Brinell (HB ou BHN) 
– Esfera de aço – carboneto de tungstênio; 
 
 
(c) Rockwell (HRc ou HRb) 
 
 
– Rockwell B – penetrador é uma esfera de 
aço. 
– Rockwell C – penetrador é um cone de 
diamante. 
 
Ensaios de dureza-
RESUMO 
Ensaios de dureza-
RESUMO 
• ABNT NBR-6394 e ASTM E10-93 
• ABNT NBR-6671 e ASTM E18-94 
• ABNT NBR-6672 e ASTM E92-82 
Fonte: Garcia, Spim e Santos, 2000. 
Algumas propriedades mecânicas 
típicas de metais e ligas 
 
Material 
Limite de 
escoamento 
(MPa) 
Limite de 
resistência à 
tração (MPa) 
Ductilidade, 
AL% 
Alumínio 35 90 40 
Cobre 69 200 45 
Latão 
(70Cu-30Zn) 
 
75 
 
300 
 
68 
Ferro 130 262 45 
Aço (1020) 180 380 25 
Fonte: Callister, 2002. 
Ensaios de Resistência ao 
IMPACTO 
•Método de avaliação da resistência e sensibilidade ao entalhe de 
materiais. Consiste em submeter um corpo de prova a uma 
carga praticamente instantânea, provocando a fratura. 
•No ensaio de impacto um corpo de prova com entalhe é 
quebrado pelo impacto de um pêndulo ou martelo pesado, que 
cai de uma distância fixa (energia potencial constante) numa 
velocidade pré-determinada (energia cinética constante). 
Os dois principais métodos de ensaio de Impacto são: 
Charpy e Izod 
 
•IMPACTO 
•DETALHES DOS CORPOS 
DE PROVA-IMPACTO